經(jīng)由堆電壓響應(yīng)分析診斷噴射器故障的制作方法
【專利摘要】經(jīng)由堆電壓響應(yīng)分析診斷噴射器故障。具體地，一種用于確定將氫氣噴射到燃料電池堆的陽(yáng)極側(cè)中的陽(yáng)極噴射器是否已經(jīng)故障的系統(tǒng)和方法。該方法包括監(jiān)測(cè)燃料電池堆的電壓并且執(zhí)行堆電壓的頻譜分析以識(shí)別堆電壓中的幅度峰值。該方法還包括確定堆電壓的頻譜分析在噴射器適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的情況下幅度峰值應(yīng)出現(xiàn)的位置處是否已經(jīng)識(shí)別到幅度峰值。如果在該位置處未識(shí)別到幅度峰值，則該方法確定噴射器未適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行。如果在該位置處識(shí)別到幅度峰值，則該方法將該幅度峰值與期望的幅度峰值相比較以識(shí)別該幅度峰值是否在閾值內(nèi)從而確定噴射器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行。
【專利說(shuō)明】經(jīng)由堆電壓響應(yīng)分析診斷噴射器故障
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及一種用于確定將氫氣噴射到燃料電池堆的陽(yáng)極側(cè)中的噴射器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的系統(tǒng)和方法，并且更具體地，涉及一種用于通過(guò)頻譜地分析堆的電壓響應(yīng)來(lái)確定將氫氣噴射到燃料電池堆的陽(yáng)極側(cè)中的噴射器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]因?yàn)闅涫乔鍧嵉模⑶铱捎糜谠谌剂想姵刂懈咝У禺a(chǎn)生電，所以氫是非常有吸引力的燃料。汽車工業(yè)在將氫燃料電池系統(tǒng)開發(fā)作為車輛的動(dòng)力源上消耗大量資源。這樣的車輛將是更加有效的并且產(chǎn)生比如今的利用內(nèi)燃機(jī)的車輛更少的排放物。燃料電池車輛預(yù)期在不久的將來(lái)在汽車市場(chǎng)中越來(lái)越流行。
[0003]質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是用于車輛的流行燃料電池。PEMFC通常包括固體聚合物電解質(zhì)質(zhì)子導(dǎo)電膜，例如全氟磺酸膜。陽(yáng)極和陰極通常但不總是包括精細(xì)分開的催化顆粒，通常為高活性催化劑，例如通常支撐在碳顆粒上并與離聚物混合的鉬(Pt)。催化混合物沉積在膜的相對(duì)側(cè)上。陽(yáng)極催化混合物、陰極催化混合物和膜的組合限定膜電極組件(MEA)。MEA的制造相對(duì)貴并且需要用于有效操作的特定條件。
[0004]若干個(gè)燃料電池通常組合在燃料電池堆中，以產(chǎn)生期望的功率。例如，用于車輛的典型的燃料電池堆可以具有兩百個(gè)或更多個(gè)堆積的燃料電池。燃料電池堆接收陰極輸入氣體，通常為通過(guò)壓縮機(jī)強(qiáng)迫通過(guò)堆的空氣流。并非全部氧都被堆消耗，一些空氣作為陰極廢氣輸出，陰極廢氣可包括作為堆副產(chǎn)物的水。燃料電池堆還接收流入到堆的陽(yáng)極側(cè)的陽(yáng)極氫輸入氣體。
[0005]燃料電池堆包括位于堆中的若干個(gè)MEA之間的一系列雙極板，其中，雙極板和MEA位于兩個(gè)端板之間。雙極板包括用于堆中的相鄰燃料電池的陽(yáng)極側(cè)和陰極側(cè)。陽(yáng)極氣體流場(chǎng)設(shè)置在雙極板的陽(yáng)極側(cè)上，從而允許陽(yáng)極反應(yīng)物氣體流到相應(yīng)的MEA。陰極氣體流場(chǎng)設(shè)置在雙極板的陰極側(cè)上，從而允許陰極反應(yīng)物氣體流到相應(yīng)的MEA。一個(gè)端板包括陽(yáng)極氣體流動(dòng)通道，另一個(gè)端板包括陰極氣體流動(dòng)通道。雙極板和端板由諸如不銹鋼或?qū)щ姀?fù)合物的導(dǎo)電材料制成。端板將由燃料電池產(chǎn)生的電傳導(dǎo)離開堆。雙極板還包括冷卻流體流經(jīng)的流動(dòng)通道。
[0006]在燃料電池堆內(nèi)的膜需要具有足夠的含水量，使得橫跨膜的離子阻抗是足夠低的以有效地引導(dǎo)質(zhì)子。膜濕化可來(lái)自于堆水副產(chǎn)物或外部濕化。通過(guò)堆的流動(dòng)通道的反應(yīng)物流在電池膜上具有干燥效果，在反應(yīng)物流的進(jìn)口處最明顯。然而，水滴在流動(dòng)通道內(nèi)的蓄積可防止反應(yīng)物流經(jīng)流動(dòng)通道，并且可能因?yàn)榈偷姆磻?yīng)性氣體流量而導(dǎo)致電池故障，因此影響堆穩(wěn)定性。在反應(yīng)性氣體流動(dòng)通道中以及在氣體擴(kuò)散層(GDL)內(nèi)水的蓄積在低堆輸出負(fù)荷的情況下是特別令人煩惱的。
[0007]本領(lǐng)域中已知的用于確定膜濕化的技術(shù)使用高頻電阻(HFR)濕化措施。HFR濕化措施通過(guò)在堆的電負(fù)荷上提供高頻成分或AC信號(hào)使得在堆的電流輸出上產(chǎn)生高頻波紋而確定。高頻電阻是燃料電池的熟知性質(zhì)，并且與燃料電池膜的歐姆阻抗或膜質(zhì)子阻抗密切相關(guān)。歐姆阻抗本身是燃料電池膜濕化程度的函數(shù)。因此，通過(guò)測(cè)量激勵(lì)電流頻率的特定頻帶內(nèi)的燃料電池堆的燃料電池膜的HFR，可確定燃料電池膜的濕化程度。
[0008]通常，用于燃料電池系統(tǒng)的氫氣在高壓下被存儲(chǔ)在包括一個(gè)或多個(gè)互連壓力容器的氣體儲(chǔ)存系統(tǒng)中以為燃料電池堆提供必需的氫氣燃料。該氫氣存儲(chǔ)系統(tǒng)通常包括至少一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器作為氫存儲(chǔ)系統(tǒng)的運(yùn)行所需的不同和大量的閥、計(jì)量表、以及配件的一部分，其中該壓力調(diào)節(jié)器將來(lái)自容器中的高壓的氫氣的壓力降低到適合于燃料電池堆的恒定壓力。
[0009]在一種已知類型的燃料電池系統(tǒng)中，通過(guò)噴射器將氫氣從氣體儲(chǔ)存系統(tǒng)噴射到燃料電池堆的陽(yáng)極側(cè)中。通過(guò)調(diào)節(jié)噴射器流以匹配被消耗的氫使噴射器受到控制以維持陽(yáng)極子系統(tǒng)內(nèi)期望的壓力。典型地，這通過(guò)脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制信號(hào)來(lái)完成，其中負(fù)載循環(huán)和頻率被限定并且控制器產(chǎn)生用于期望脈沖的控制信號(hào)。壓力調(diào)節(jié)器可以將氫氣壓力從高達(dá)875Mpa的罐壓力降低至近似SOOkpa以將恒定的供應(yīng)壓力提供給噴射器。噴射器然后提供脈沖流以將堆陽(yáng)極壓力調(diào)節(jié)在IOOkpa和300kpa之間的范圍內(nèi)。在維持陽(yáng)極壓力的過(guò)程中，對(duì)燃料電池系統(tǒng)提供功率所需的氫流得到滿足。重要的是要注意，需要調(diào)節(jié)器和噴射器兩者在遍及車輛運(yùn)行的功率瞬變的整個(gè)范圍上維持精確的壓力控制。噴射器頻率和脈沖寬度受到來(lái)自陽(yáng)極壓力傳感器的反饋的控制。此外，噴射器當(dāng)被開啟時(shí)可以為將氣體流從堆出口循環(huán)到堆進(jìn)口的注射器(ejector)提供高速流。該脈沖運(yùn)行結(jié)合再循環(huán)流對(duì)維持持久且穩(wěn)定的系統(tǒng)運(yùn)行是至關(guān)重要的。
[0010]在車輛的壽命中，噴射器將經(jīng)歷數(shù)以億計(jì)的運(yùn)行循環(huán)。因?yàn)樘峁┙o噴射器的氫氣的高壓以及與燃料電池堆運(yùn)行相關(guān)聯(lián)的高溫和內(nèi)噴射器摩擦，所以對(duì)于氫燃料噴射器而言，定期故障是相對(duì)常見的。如果噴射器故障并且未將期望量的氫提供給堆，則可發(fā)生陽(yáng)極缺料(anode starvation),這會(huì)導(dǎo)致電池電極的永久損傷。此外，調(diào)制陽(yáng)極噴射器脈沖串以管理陽(yáng)極中的氮和水管理兩者，這也會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極缺料。
[0011]用于使用來(lái)自陽(yáng)極子系統(tǒng)的壓力反饋來(lái)監(jiān)測(cè)噴射器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的上述技術(shù)總體可接受。然而，壓力傳感器也會(huì)發(fā)生故障和/或不適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行，這不允許壓力讀數(shù)來(lái)確定噴射器故障。對(duì)于需要壓力讀數(shù)的那些操作，響應(yīng)于陽(yáng)極壓力傳感器故障，將模型合并到系統(tǒng)算法中以操作系統(tǒng)。然而，如果陽(yáng)極壓力傳感器也已經(jīng)失靈，則這樣的模型無(wú)法確定噴射器是否已經(jīng)發(fā)生故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]根據(jù)本發(fā)明的教義，公開了一種用于確定將氫氣噴射到燃料電池堆的陽(yáng)極側(cè)中的陽(yáng)極噴射器是否已經(jīng)發(fā)生故障的系統(tǒng)和方法。該方法包括監(jiān)測(cè)燃料電池堆的電壓并且執(zhí)行堆電壓的頻譜分析以識(shí)別堆電壓中的幅度峰值。該方法還包括確定堆電壓的頻譜分析在噴射器適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的情況下幅度峰值應(yīng)出現(xiàn)的位置處是否已經(jīng)識(shí)別到幅度峰值。如果在該位置處未識(shí)別到幅度峰值，則該方法確定噴射器未適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行。如果在該位置處識(shí)別到幅度峰值，則該方法將該幅度峰值與期望的幅度峰值相比較以識(shí)別該幅度峰值是否在閾值內(nèi)從而確定噴射器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行。
[0013]本發(fā)明還提供如下方案:
1.一種用于確定將氫氣噴射到燃料電池堆的陽(yáng)極側(cè)中的噴射器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的方法，所述方法包括:
使用電壓監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)所述燃料電池堆的電壓；
執(zhí)行所述堆電壓的頻譜分析以識(shí)別所述堆電壓中的幅度峰值；
識(shí)別頻譜分析幅度峰值在所述噴射器適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行時(shí)應(yīng)出現(xiàn)在何處；
確定所述頻譜分析在頻譜分析幅度峰值應(yīng)出現(xiàn)的位置處是否已經(jīng)識(shí)別到頻譜分析幅度峰值；
如果所述頻譜分析在頻譜分析幅度峰值應(yīng)出現(xiàn)的位置處未識(shí)別到頻譜分析幅度峰值，則確定所述噴射器未適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行；
確定所述頻譜分析在所述頻譜分析幅度峰值應(yīng)出現(xiàn)的位置處已經(jīng)識(shí)別到頻譜分析幅度峰值；
確定在所述噴射器適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行時(shí)在頻譜分析幅度峰值應(yīng)出現(xiàn)的位置處的所識(shí)別的頻譜分析峰值是否具有在所述噴射器適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行時(shí)在所述頻譜分析幅度峰值的幅度的預(yù)定閾值內(nèi)的幅度；以及
如果所述頻譜分析幅度峰值的幅度不在所述閾值內(nèi)，則確定所述噴射器可能未適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行。
[0014]2.根據(jù)方案I所述的方法，其中，僅在監(jiān)測(cè)陽(yáng)極子系統(tǒng)的壓力的壓力傳感器已經(jīng)故障的情況下執(zhí)行用于確定所述噴射器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的方法。
[0015]3.根據(jù)方案I所述的方法，其中，執(zhí)行所述堆電壓的頻譜分析包括忽視在由施加到所述燃料電池堆的高頻電阻(HFR)激勵(lì)信號(hào)引起的位置處的頻譜分析幅度峰值。
[0016]4.根據(jù)方案3所述的方法，其中，應(yīng)出現(xiàn)的頻譜分析幅度峰值是在比在由所述HFR激勵(lì)信號(hào)引起的位置處的頻譜分析幅度峰值更低的頻率。
[0017]5.根據(jù)方案I所述的方法，其中，執(zhí)行所述堆電壓的頻譜分析包括執(zhí)行所述堆電壓的快速傅里葉變換(FFT)分析。
[0018]6.根據(jù)方案I所述的方法，還包括識(shí)別所述堆電壓與陽(yáng)極子系統(tǒng)壓力之間的關(guān)
系O
[0019]7.根據(jù)方案6所述的方法，還包括使用所述堆電壓與所述壓力之間的關(guān)系來(lái)確定在所述陽(yáng)極子系統(tǒng)中是否存在泄漏。
[0020]8.根據(jù)方案I所述的方法，其中，所述噴射器是在陽(yáng)極再循環(huán)系統(tǒng)中的組合噴射器和注射器。
[0021]9.一種用于確定將氫氣噴射到燃料電池堆的陽(yáng)極側(cè)中的噴射器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的方法，所述方法包括:
使用電壓監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)所述燃料電池堆的電壓；
執(zhí)行所述堆電壓的快速傅里葉變換(FFT)頻譜分析以識(shí)別所述堆電壓中的幅度峰
值；
將在所述堆電壓的頻譜分析中所識(shí)別的幅度峰值與在所述噴射器適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行時(shí)應(yīng)出現(xiàn)的頻譜分析幅度峰值相比較；以及
基于所述比較確定所述噴射器是適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行還是未適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行。
[0022]10.根據(jù)方案9所述的方法，其中，僅在監(jiān)測(cè)陽(yáng)極子系統(tǒng)的壓力的壓力傳感器已經(jīng)故障的情況下執(zhí)行用于確定所述噴射器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的方法。[0023]11.根據(jù)方案9所述的方法，其中，執(zhí)行所述堆電壓的FFT頻譜分析包括忽視在由施加到所述燃料電池堆的高頻電阻(HFR)激勵(lì)信號(hào)引起的位置處的頻譜分析幅度峰值。
[0024]12.根據(jù)方案11所述的方法，其中，應(yīng)出現(xiàn)的頻譜分析幅度峰值是在比在由所述HFR激勵(lì)信號(hào)引起的位置處的頻譜分析幅度峰值更低的頻率。
[0025]13.根據(jù)方案9所述的方法，還包括識(shí)別所述堆電壓與陽(yáng)極子系統(tǒng)壓力之間的關(guān)
系O
[0026]14.根據(jù)方案13所述的方法，還包括使用所述堆電壓與所述壓力之間的關(guān)系來(lái)確定在所述陽(yáng)極子系統(tǒng)中是否存在泄漏。
[0027]15.根據(jù)方案9所述的方法，其中，所述噴射器是在陽(yáng)極再循環(huán)系統(tǒng)中的組合噴射器和注射器。
[0028]16.一種用于確定在與燃料電池堆相關(guān)聯(lián)的陽(yáng)極子系統(tǒng)中是否存在泄漏的方法，所述方法包括:
使用電壓監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)燃料電池堆的電壓；
識(shí)別所述堆電壓與陽(yáng)極子系統(tǒng)壓力之間的關(guān)系；以及
使用所述堆電壓與所述壓力之間的關(guān)系來(lái)確定在所述陽(yáng)極子系統(tǒng)中是否存在泄漏。
[0029]17.根據(jù)方案16所述的方法，其中，監(jiān)測(cè)所述燃料電池堆的電壓包括監(jiān)測(cè)在所述燃料電池堆中的各個(gè)燃料電池的電壓。
[0030]18.根據(jù)方案17所述的方法，還包括使用所述電池電壓與所述壓力之間的關(guān)系來(lái)確定在所述燃料電池堆中的燃料電池之一中是否存在泄漏。
[0031]19.一種用于確定將氫氣噴射到燃料電池堆的陽(yáng)極側(cè)中的噴射器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:
使用電壓監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)燃料電池堆的電壓的裝置；
執(zhí)行所述堆電壓的快速傅里葉變換(FFT)頻譜分析以識(shí)別所述堆電壓中的幅度峰值的裝置；
將在所述堆電壓的頻譜分析中所識(shí)別的幅度峰值與在所述噴射器適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行時(shí)應(yīng)出現(xiàn)的頻譜分析幅度峰值相比較的裝置；以及
基于所述比較確定所述噴射器是適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行還是未適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的裝置。
[0032]20.根據(jù)方案19所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)僅在監(jiān)測(cè)陽(yáng)極子系統(tǒng)的壓力的壓力傳感器已經(jīng)發(fā)生故障的情況下確定所述噴射器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行。
[0033]本發(fā)明的額外特征將從下列描述和所附權(quán)利要求并結(jié)合附圖變得明顯。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0034]圖1是燃料電池系統(tǒng)的簡(jiǎn)化示意框圖；
圖2是示出相對(duì)于噴射器脈沖的堆電壓響應(yīng)的圖形，其中時(shí)間在橫軸上，并且電壓在縱軸上；
圖3是示出提供給燃料電池堆的HFR激勵(lì)信號(hào)的圖形，其中時(shí)間在橫軸上，并且電流在縱軸上；
圖4是示出在堆上的電壓的FFT頻譜分析的圖形，其中頻率在橫軸上，并且幅度在縱軸
上； 圖5是示出在關(guān)于噴射器脈沖的FFT頻譜分析的圖形，其中頻率在橫軸上，并且幅度在縱軸上；以及
圖6是示出用于基于堆電壓的頻譜分析確定陽(yáng)極噴射器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的過(guò)程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]對(duì)涉及用于確定陽(yáng)極噴射器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的系統(tǒng)和方法的本發(fā)明的實(shí)施例的下列討論，本質(zhì)上僅僅是示例性的，并且決不旨在限制本發(fā)明或其應(yīng)用或使用。
[0036]圖1是包括燃料電池堆12的燃料電池系統(tǒng)10的簡(jiǎn)化的示意框圖。燃料電池系統(tǒng)10還包括壓縮機(jī)14，該壓縮機(jī)14將在陰極輸入線16上的空氣提供給燃料電池堆12的陰極偵牝其中陰極排氣從在陰極排氣線18上的堆12輸出。燃料電池系統(tǒng)10還包括氫氣源20，典型地高壓罐，該氫氣源20提供氫氣給噴射器22，該噴射器22將在陽(yáng)極輸入線24上的受控量的氫氣噴射到燃料電池堆12的陽(yáng)極側(cè)。盡管未特別地示出，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，將設(shè)置各種壓力調(diào)節(jié)器、控制閥、切斷閥等以將來(lái)自源20的高壓氣體供應(yīng)至適合于噴射器22的壓力。噴射器22可為適合于本文所討論的目的的任何噴射器。一個(gè)適當(dāng)?shù)氖纠侨缭?2008 年 I 月 22 日授予的、題為 “Combination of Injector-Ejector for FuelCell Systems (用于燃料電池系統(tǒng)的噴射器-注射器的組合)”、轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人并且通過(guò)引用并入本文的美國(guó)專利N0.7，320，840中描述的噴射器/注射器。
[0037]陽(yáng)極排出氣體在陽(yáng)極輸出線26上從燃料電池堆12的陽(yáng)極側(cè)輸出，所述陽(yáng)極輸出線26設(shè)置到排放閥28。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員很好地理解的，從燃料電池堆12的陰極側(cè)的氮跨越稀釋在堆12的陽(yáng)極側(cè)中的氫，從而影響燃料電池堆性能。因此，必須定期地使陽(yáng)極排放氣體從陽(yáng)極子系統(tǒng)泄放以減少陽(yáng)極子系統(tǒng)中氮的量。當(dāng)系統(tǒng)10在正常非泄放模式下操作時(shí)，閥28處在如下位置:在該位置中，陽(yáng)極排放氣體被提供給再循環(huán)線30，該再循環(huán)線30使陽(yáng)極氣體再循環(huán)到噴射器22以將其操作為注射器并且以提供再循環(huán)的氫返回到堆12的陽(yáng)極輸入。當(dāng)命令泄放以減少堆12的陽(yáng)極側(cè)中的氮時(shí)，命令閥28將陽(yáng)極排放氣體引導(dǎo)至旁路線32，該旁路線32將陽(yáng)極排出氣體與線18上的陰極排氣結(jié)合，其中氫氣被稀釋并且適合于環(huán)境。
[0038]壓力傳感器34測(cè)量陽(yáng)極輸出線26中的壓力，但可在陽(yáng)極子系統(tǒng)內(nèi)的任何位置以提供陽(yáng)極側(cè)壓力測(cè)量?？刂破?6從壓力傳感器34接收壓力讀數(shù)，并且確定壓力傳感器34是否如本文的討論適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行。此外，控制器36執(zhí)行確定噴射器22是否也如本文的討論適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的操作。盡管系統(tǒng)10是陽(yáng)極再循環(huán)系統(tǒng)，但是本發(fā)明對(duì)于其它類型的燃料電池系統(tǒng)將具有應(yīng)用，所述其它類型的燃料電池系統(tǒng)包括本領(lǐng)域的技術(shù)人員很好地理解的陽(yáng)極流移位系統(tǒng)。
[0039]如將在下文中詳細(xì)地討論的，本發(fā)明提出用于基于堆電壓響應(yīng)于由噴射器22打開和關(guān)閉引起的陽(yáng)極子系統(tǒng)壓力如何改變來(lái)確定噴射器22是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的算法。換言之，如上文所討論的，當(dāng)噴射器22響應(yīng)于其負(fù)載循環(huán)控制信號(hào)打開和關(guān)閉時(shí)，陽(yáng)極子系統(tǒng)內(nèi)的壓力響應(yīng)于噴射器22的位置上升和下降。在當(dāng)前燃料電池系統(tǒng)中，壓力中的這種變化由高速壓力傳感器即壓力傳感器34測(cè)量，并且該壓力變化可用來(lái)確保噴射器22如預(yù)期那樣運(yùn)行。然而，如果壓力傳感器34失靈或故障，則系統(tǒng)10仍然可使用各種壓力模型運(yùn)行，但是不存在用于確定噴射器22適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的已知方法。因?yàn)槎央妷喉憫?yīng)于這些壓力改變而改變，所以如果壓力傳感器34故障，則監(jiān)測(cè)堆電壓可用來(lái)確定噴射器22是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行。
[0040]圖2是示出響應(yīng)于噴射器22以特定噴射器負(fù)載循環(huán)打開和關(guān)閉的堆電壓的圖形，其中時(shí)間在橫軸上，并且電壓在縱軸上。如上所述，一些已知的燃料電池系統(tǒng)將AC HFR激勵(lì)信號(hào)施加到堆12，從而用來(lái)確定堆含水量。圖3是示出這種HFR激勵(lì)信號(hào)的圖形，該HFR激勵(lì)信號(hào)將其本身表示為圖2中所示的電壓信號(hào)上的噪聲，其中時(shí)間在橫軸上，并且電流在縱軸上。
[0041]堆電壓與陽(yáng)極壓力之間的關(guān)系可示出如下。圖2中所示的堆電壓的上升是電池平衡電壓中的增加的結(jié)果，即，由于能斯脫(Nernst)方程:
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定將氫氣噴射到燃料電池堆的陽(yáng)極側(cè)中的噴射器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的方法，所述方法包括: 使用電壓監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)所述燃料電池堆的電壓； 執(zhí)行所述堆電壓的頻譜分析以識(shí)別所述堆電壓中的幅度峰值； 識(shí)別頻譜分析幅度峰值在所述噴射器適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行時(shí)應(yīng)出現(xiàn)在何處； 確定所述頻譜分析在頻譜分析幅度峰值應(yīng)出現(xiàn)的位置處是否已經(jīng)識(shí)別到頻譜分析幅度峰值； 如果所述頻譜分析在頻譜分析幅度峰值應(yīng)出現(xiàn)的位置處未識(shí)別到頻譜分析幅度峰值，則確定所述噴射器未適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行； 確定所述頻譜分析在所述頻譜分析幅度峰值應(yīng)出現(xiàn)的位置處已經(jīng)識(shí)別到頻譜分析幅度峰值； 確定在所述噴射器適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行時(shí)在頻譜分析幅度峰值應(yīng)出現(xiàn)的位置處的所識(shí)別的頻譜分析峰值是否具有在所述噴射器適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行時(shí)在所述頻譜分析幅度峰值的幅度的預(yù)定閾值內(nèi)的幅度；以及 如果所述頻譜分析幅度峰值的幅度不在所述閾值內(nèi)，則確定所述噴射器可能未適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，僅在監(jiān)測(cè)陽(yáng)極子系統(tǒng)的壓力的壓力傳感器已經(jīng)故障的情況下執(zhí)行用于確定所述噴射器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行所述堆電壓的頻譜分析包括忽視在由施加到所述燃料電池堆的高頻電阻(HFR)激勵(lì)信號(hào)引起的位置處的頻譜分析幅度峰值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，應(yīng)出現(xiàn)的頻譜分析幅度峰值是在比在由所述HFR激勵(lì)信號(hào)引起的位置處的頻譜分析幅度峰值更低的頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行所述堆電壓的頻譜分析包括執(zhí)行所述堆電壓的快速傅里葉變換(FFT)分析。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括識(shí)別所述堆電壓與陽(yáng)極子系統(tǒng)壓力之間的關(guān)系O
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括使用所述堆電壓與所述壓力之間的關(guān)系來(lái)確定在所述陽(yáng)極子系統(tǒng)中是否存在泄漏。
8.一種用于確定將氫氣噴射到燃料電池堆的陽(yáng)極側(cè)中的噴射器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的方法，所述方法包括: 使用電壓監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)所述燃料電池堆的電壓； 執(zhí)行所述堆電壓的快速傅里葉變換(FFT)頻譜分析以識(shí)別所述堆電壓中的幅度峰值； 將在所述堆電壓的頻譜分析中所識(shí)別的幅度峰值與在所述噴射器適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行時(shí)應(yīng)出現(xiàn)的頻譜分析幅度峰值相比較；以及 基于所述比較確定所述噴射器是適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行還是未適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行。
9. 一種用于確定在與燃料電池堆相關(guān)聯(lián)的陽(yáng)極子系統(tǒng)中是否存在泄漏的方法，所述方法包括: 使用電壓監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)燃料電池堆的電壓；識(shí)別所述堆電壓與陽(yáng)極子系統(tǒng)壓力之間的關(guān)系；以及 使用所述堆電壓與所述壓力之間的關(guān)系來(lái)確定在所述陽(yáng)極子系統(tǒng)中是否存在泄漏。
10.一種用于確定將氫氣噴射到燃料電池堆的陽(yáng)極側(cè)中的噴射器是否適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 使用電壓監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)燃料電池堆的電壓的裝置； 執(zhí)行所述堆電壓的快速傅里葉變換(FFT)頻譜分析以識(shí)別所述堆電壓中的幅度峰值的裝置； 將在所述堆電壓的頻譜分析中所識(shí)別的幅度峰值與在所述噴射器適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行時(shí)應(yīng)出現(xiàn)的頻譜分析幅度峰值相比較的裝置；以及 基于所述比較確定所述噴射器是適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行還是未適當(dāng)?shù)剡\(yùn)行的裝置。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK103575515SQ201310330482
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月1日
【發(fā)明者】M.辛哈, D.C.迪菲奧爾, J.C.費(fèi)格利, S.R.法爾塔 申請(qǐng)人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司